强震受损山前河流河床演变研究

川江流域历史地震是影响川江流域沙量与河床演变的主要动力因素之一,汶川地震是龙门山断裂带有历史文献记录以来发生的最大地震灾害。通过历史资料收集、野外调查与理论分析相结合,探讨了汶川地震后多种自然因素与人类活动对龙门山山前河流演变的影响,揭示了强震受损山前河流河床演变规律,提出了变化环境下的山前河流河床演变模式及其预测方法。结果表明:汶川地震后龙门山山前河流均发生了不同程度的下切,尤以石亭江为甚,2015年汛后在105省道处最大下切深度达到27.0 m;震后山前河流剧烈下切的影响因素众多,且各种影响因素相互影响、相互混掺,"来水来沙条件突变、比降不和谐"是主要内因,"工程阻隔、无序采砂"是主要外因;基于"河流临界起动假说河相关系"建立的变化环境下山前河流河床演变模式及其预测方法适用性较好,可供类似强震受损山前河流参考。     

汶川地震灾区河道修复重建研究综述

特大地震诱发了大量滑坡、崩塌、泥石流、堰塞湖和不稳定斜坡等次生地质灾害,水土流失非常严重,造成震区江河严重破坏.地震灾区河道修复是灾后恢复重建主要任务之一.四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室经过对震区的现场考察、结合灾区河道修复工程开展了相关的水沙动力学物理模型、数学模型与历史模型相结合的复合模型研究,取得了阶段性成果.作者结合国内外有关河道修复问题的研究进展,综述了河流修复在汶川地震灾后重建的重要性、河道修复的一般原则与地震灾后河道修复特殊原则、地震灾区河道修复的稳定性问题、地震灾后河流修复研究方法与案例.通过总结两年来抢险救灾与灾后重建的河流修复科学研究与工程实践,提出了灾后河道修复继续完善的建议.     

蚂蚁河的健康状况及其维护管理途径

分析了流域人口增长与人们违背自然和科学规律开发资源，导致蚂蚁河流域森林植被破坏、水土流失严重、洪涝旱灾频繁、河流来水流景萎缩、供水需水失衡、综合功能减弱、水资源污染等河流健康问题。从维护蚂蚁河流域系统健康、有效发挥其各种功能出发，按照科学发展观要求，在流域综合规划指导下，实施天然林保护、水土保持生态修复、水土保持治理、污水处理和科学节水工程，通过人与自然和谐，使河流恢复健康。从而为流域经济社会的持续发展提供资源保障。     

采砂坑纵剖面尺寸对卵石河道河床演变影响数值试验——以石亭江双盛段为例

人类活动与河流的河床演变形态、河相关系息息相关,人类活动使得山区河流在河道形态、泥沙运动等方面会发生一系列的变化;近些年建筑用砂需求量剧增,人们大量采挖河砂,改变了河流原有的河床边界,对河流的演变产生了诸多影响。研究河道采砂对河床演变的影响具有重要的学术及实践意义。本文依托HEC-RAS泥沙计算模块,以石亭江双盛段为研究对象,结合野外调查实际情况,拟定数种采砂坑工况,研究采砂坑纵剖面尺寸对河道河床演变的影响。根据资料和野外调查情况,首先拟定HEC-RAS河道模型断面及水流和泥沙边界条件,然后在采砂方量及采砂坑宽度相同的条件下,拟定5种不同纵剖面尺寸(深长比)的采砂坑,利用HEC-RAS泥沙计算模块进行数值模拟试验,对试验结果中河道主槽深泓点高程及断面沖淤量数据进行统计和分析。结果表明:人工采砂对河床整体的下切起促进作用,长浅型采砂坑比短深型采砂坑更能促进河床下切;采砂坑上下游河床下切变化不同,随着采砂坑深长比的增大,上游河床下切深度减小,下游下切深度呈现先减小后增大的趋势;采砂坑会改变河道局部坡度,上游河道局部坡度增大,下游河道局部坡度减小。试验研究了不同纵剖面尺寸采砂坑存在时,河床演变的变化状况,结论可对涉河工程的防护与设计及流域采砂规划提供一定的参考。     

冲积河流系统特性与河流反应的研究

取一小流域为典型,从系统角度分析了冲积河流系统的基本结构特征及水沙、河流演变特性。同时研究了水电工程对河流水沙条件的影响特点,以及冲积河流系统河流反应的特点、发展趋向性。对一些水库修建后,下游河道的河性、河床形态变化进行了分析,指出了河流系统的良性循环与水电开发建设的可持续发展必须协调起来。     

地震堰塞湖对山区河流的影响与综合治理

2008年5月12日,中国四川汶川发生里氏8.0级地震,对四川和甘肃的13个县市造成了严重破坏.强烈的主震和余震在地震区造成了大量的滚石、崩塌、滑坡、泥石流、碎屑流等次生山地灾害,大规模滑坡崩塌堵断河道形成堰塞湖,引起山区河流强烈演变.分析了汶川"5·12"地震在四川省境内形成的众多堰塞湖(体)的不同类型、组成特征,提出堰塞体等河道堆积物对河流自然形态、生态环境和人类社会可能存在的影响.针对震后山区河流开发保护与生态环境建设的目标,对堰塞体综合治理提出了具体的指导意见和措施,以便尽可能地避害趋利,有效维护河流的健康.     

串珠状堰塞湖级联溃决对汶川震区河流演化的影响

"5·12"汶川地震震后3年多以来,串珠状堰塞湖群的形成和发展,对震区河流演化的影响重大。通过对汶川地震灾区岷江支流——渔子溪的耿达—映秀河段的野外考察发现,堰塞坝对河流挤压造成异岸冲刷,河道横向展宽或弯曲;多堰塞湖河段河床抬升强烈;部分堰塞坝由于未完全溃决而逐渐发育成尼克点,从而形成阶梯状河床。鉴于野外考察的局限性,通过野外水槽实验初步探索了堰塞湖级联溃决的动力学特征,堰塞湖级联溃决放大了山区河流洪水的峰值流量,从而加剧了河流沿程冲淤程度,更有利于梯级河床的形成。探索多堰塞湖河段堰塞湖级联溃决情况下的河床演化规律,旨在为地震灾区河道修复及灾后恢复重建提供科学指导。     

采砂坑纵剖面尺寸对卵石河道河床演变影响的数值试验 ——以石亭江双盛段为例（“研究生论坛”）

人类活动与河流的河床演变形态、河相关系息息相关,人类活动使得山区河流在河道形态、泥沙运动等方面会发生一系列的变化,近些年建筑用沙需求量剧增,人们大量采挖河沙,改变了河流原有的河床边界,对河流的演变产生了诸多影响。研究河道采砂对河床演变的影响具有重要的学术及实践意义。本文依托HEC-RAS泥沙计算模块,以石亭江双盛段为研究对象,结合野外调查实际情况,拟定数种采砂坑工况,研究采砂坑纵剖面尺寸对河道河床演变的影响。根据资料和野外调查情况,首先,拟定HEC-RAS河道模型断面及水流和泥沙边界条件,然后在采砂方量及采沙坑宽度相同的条件下,拟定5种不同纵剖面尺寸（深长比）的采砂坑,利用HEC-RAS泥沙计算模块进行数值模拟试验,对试验结果中河道主槽深泓点高程及断面沖淤量数据进行了统计和分析。结果表明：人工采砂对河床整体的下切起促进作用,长浅型采砂坑比短深型采砂坑更能促进河床下切;采砂坑上下游河床下切变化不同,随着采砂坑深长比的增大,上游河床下切深度减小,而下游下切深度呈现先减小后增大的趋势;采沙坑会改变河道局部坡度,采砂坑上游河道局部坡度增大,下游河道局部坡度减小。本次试验研究了不同纵剖面尺寸采砂坑存在时,河床演变的变化状况,结论可对涉河工程的防护与设计及流域采砂规划提供一定的参考。     

泥沙补给变化下山区河流河床适应性调整与突变响应

针对泥沙运动力学经典理论体系与天然山区河流推移质运动存在显著差异的若干基本问题,开展山区流域沙量补给条件变化下,山区河流河床调整与突变响应机理研究。揭示了泥沙补给条件对非均匀卵石起动、输移的影响特征和卵石沙量补给与山区河流沙波形成、碍航机理;探索了泥沙补给变化下陡坡河道水沙运动奇异特征和宽窄相间漫滩复式航槽河床突变响应现象。采用水沙错峰、水沙分离等集结降阶技术手段调控洪峰时段成灾河段卵石沙量补给条件,是山洪泥沙灾害致灾风险降阶防控的核心。     

侵蚀基准面对石亭江双盛段河床演变的影响（研究生论坛稿件）

以四川典型山区河流石亭江双盛段为研究对象,针对该河段有多处涉河建筑物（包括人民渠穿江涵洞、成兰铁路石亭江大桥、成绵复线高速公路石亭江大桥等）,在经历2009-2013年间多次洪水后引起桥梁桩基出露高达10m、涵洞处河床下切20.29m等影响涉河建筑物运行安全的情况,本文利用HEC-RAS的泥沙计算模块,研究在考虑床沙细化和清水冲刷的条件下,局部侵蚀基准面的改变（包括侵蚀基准面下降、涵洞固床工程和桥位处的硬化工程的存在与否）对石亭江双盛段河床演变的影响。结果表明,下游侵蚀基准面的下降、涵洞固床工程的存在和桥位处的硬化工程均会不同程度的加剧该河段的局部河床变形幅度。其中,下游侵蚀基准面的下降会引起溯源冲刷、改变局部河段纵比降;涵洞固床工程与河床交界处易形成局部冲刷坑并加剧河床下切,由此建议将涵洞下移;桥位硬化工程会加剧冲刷和淤积,并在两桥之间产生淤积。针对清水冲刷下的研究成果可对山区河道内涉河建筑物对河床演变的影响进行预测,为河流的综合开发与管理提供科学依据。本文可进一步研究该河段人工采砂等人类因素干扰下河床粗化表层的破坏对河床演变的影响,以对涉河建筑物的设计与防护提供参考;或结合震后河流水沙变化研究河道横向与纵向演变趋势,以对震后河道治理提供依据。     

汶川Ms8.0级地震的水系响应

2008年5月12日龙门山汶川8.0级地震导致了映秀-北川断裂、彭县-灌县断裂、小鱼洞断裂和擂鼓断裂发生了地表破裂,在平面上显示为两条近于平行的北东向逆冲-走滑型断层,在剖面上显示为叠瓦状.汶川地震的地震破裂和同震变形在瞬间就改变了地形坡度,并导敛地貌和河流体系产生相应的变化和调整,记录了整个区域的位移情况,为探索地震与水系之间的关系提供了关键信息.在整合汶川地震所导致的地表破裂、地形和水系变化相关数据的基础上,描述了汶川地震驱动的逆冲作用和右旋走滑作用引发的河道垂向位错和水平位错,标定了汶川地震导敛的河道坡折点和河道转折点,刻画了映秀-北川断裂和彭县-灌县断裂和小鱼洞断裂等活动断裂对河床剖面、河道走向、河道分段性和不规则水系样式等方面的控制作用,探讨了汶川地震驱动了隆升作用对河流剖面的影响与调整,建立了汶川地震的水系响应及其识别标志.研究结果表明:汶川地震驱动的构造作用对该区水系的河道走向、河道坡折点、河道流转折点和河床剖面具有明显的控制作用,为重塑龙门山晚新生代构造-地貌-水系演化提供一个范例和定量约束条件.     

岷江野牛沟泥石流形成机制及堵河分析

通过现场调查,对野牛沟泥石流形成条件、灾害特征、启动机理进行分析,并研究未来堵河可能性以及发展趋势。结果表明:野牛沟在"五一二"汶川地震后演化为一条泥石流沟,具有持久性、阵发性、支沟群发等特点,野牛沟泥石流的启动是因为"消防水管效应",水流快速集中为沟道径流,强烈冲击沟道物源,导致泥石流的形成,形成过程分为冲击启动—流通加速、溃决—泥石流堆积三个阶段,在暴雨频率为1%(及以上)时爆发泥石流可能堵塞岷江。     

黄河下游游荡河型与弯曲河型之间的关系研究

分析了黄河下游的河型分类,计算并统计了黄河下游冲淤标准化输沙平衡数,采用集合数学方法,研究了弯曲河型和游荡河型的关系。研究表明,在冲淤标准化输沙平衡程度数方面,弯曲河型是游荡型的真子集,游荡河型包含弯曲河型,弯曲河型与游荡河型的重叠部分建议归为弯曲河型,游荡河型比弯曲河型多了些数值较大的冲淤标准化输沙平衡程度数。     

River Stabilisation by Breach-ramps and Widening

Numerous gravel-bed rivers are affected by unceasing degradation problems,mostly caused or in- creased by technical measures upstream.In Germany removing the bank fixations is regarded as a concept to dissolve the problem.By allowing lateral erosion and in consequence river widening the bed load transport ca- pacity will be decreased.Additionally the eroded bank material will serve as additional sediment influx. Nevertheless in some cases additional measures are required for a sustainable stabilization of the river bed.Since several years ramps consisting of boulders are used for a reduce of the slope.Despite some ecologi- cal and esthetical advantages they cannot accomplish all requirements related to a migration of fishes and organ- isms.Ramps having a breach in their centre offer better conditions concerning the migration and the sediment transport.Actually they are under theoretical and experimental investigation for a project in Germany.This pa- per illustrates exemplarily some results of the preliminary investigations about breach ramps as well as results of the large scale tests on river widening.     

长江中游监利河段崩岸数值模拟

以监利河段为例,针对弯曲河段复杂的地形和河势,基于移动坐标的计算原理,建立移动坐标下的平面二维水沙数学模型.通过在泥沙运动方程中增加横向输沙项,对该模型进行扩展,使其能较好地模拟弯道环流的横向输沙效应.借助土力学中边坡稳定性理论,对河岸崩塌变形进行数值模拟.通过对该河段水流泥沙运动过程及河床演变过程的复演结果分析,表明该模型不仅能够模拟该河段水流运动规律,而且能模拟河道的崩岸.     

基于雅鲁藏布江辫状河流的洪峰流量输沙变异数值模拟

该研究根据雅江中游辫状河流平面形态建立输沙地形,构建了可用于辫状河流输沙模拟的数学模型。数值计算采用二维水动力学和非粘性泥沙耦合模型对辫状河流中泥沙输运规律进行模拟研究,模型基于不可压缩雷诺平均N-S方程,模型中包括连续方程、动量方程、河床面变形方程、全沙输沙方程。该数学模型通过全沙输移理论计算悬移质和推移质输沙率。当模拟洪峰流量时,辫状河流出口含沙过程和悬移质输沙过程峰值滞后于入流过程,形成相位差,泥沙粒径越小,相位差越小,0.01mm和0.02mm泥沙相位差接近0,出口悬移质输沙率产生的相位差小于含沙量;0.3mm、0.2mm和0.1mm泥沙在辫状河流中淤积的淤积量超过50%。在计算泥沙输移的同时,考虑泥沙的启动、沉降淤积作用导致的地形更新,进而求解挟沙水流在辫状河流当中运动时对地形变化的影响,为天然辫状河流的研究预测建立一定的数值模拟基础。     

山区多沙河流漂石河段洲滩发育特征试验研究

山区多沙河流漂石河段受水沙条件影响,洲滩发育丰富,改变了漂石河段的水沙运动规律及洲滩演变特征。基于野外调查与室内物理模型试验,探讨了漂石对多沙河段水动力特征及洲滩发育过程的影响。通过都江堰市岷江支流白沙河与龙溪河的野外调查,分析了典型漂石河段床沙组成及漂石河床形态特征。由于山区河流暴雨洪水及挟带的泥沙及河道地形多变等因素,大量上游来沙在漂石河段落淤,河床内洲滩的大量发育。通过系列室内物理模型试验,分析不同泥沙补给条件下漂石河床的洲滩形成过程及河床形态变化与水位响应过程。研究结果表明：暴雨山洪产生丰富的泥沙补给,导致白沙河与龙溪河的粗颗粒平均粒径粗大,存在大量漂石,形成漂石河段。漂石河段水力要素多变,河床形态剧烈调整。当上游泥沙补给时,受漂石周围水流变化影响,漂石河床局部以横向带状溯源淤积为主,下游段两侧淤积突出,极易形成漂石洲滩,从而增大局部河床比降,减缓河道下切。上游来沙不均匀过程显著改变了漂石河床局部水位及泥沙淤积规模。因此,通过野外调查与室内物理模型试验,揭示了水沙条件下的漂石河床形态变化特征,山区河流上游来沙与漂石共同影响洲滩发育过程,表明漂石对山区多沙河流的水沙运动产生突出影响。     

黄河调水调沙有关问题的探讨

总结了小浪底水库运用以来黄河调水调沙取得的重要成果;从小浪底水库拦沙运用变化及黄河下游河道冲淤变化两方面分析了当前小浪底水库调水调沙的运用条件;提出了今后黄河调水调沙应当关注的一些问题,如水库汛限水位、调水调沙调控指标、调水调沙运用思路等.